Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ағылшын метеорологы және математигі (1881–1953) Льюис Фрай Ричардсон, FRS
English meteorologist and mathematician (1881–1953)
Lewis Fry Richardson, FRS
Ерте өмір
Льюис Фрай Ричардсон Кэтрин Фрай (1838–1919) және Дэвид Ричардсонның (1835–1913) жеті баласының ең кішісі болды. Олар өркендеген квакер отбасы еді, Дэвид Ричардсон табысты күнжаралау және былғары өндіру бизнесін жүргізді. 12 жасында ол Йорк қаласындағы Квакерлер мектеп-интернатына, Бутам мектебіне жіберілді, онда ол ғылым саласында білім алып, табиғат тарихына деген белсенді қызығушылықты дамытты. 1898 жылы ол Дарем ғылым колледжіне (Дарем университетінің құрамындағы колледж) оқуға түсті, онда математикалық физика, химия, ботаника және зоология курстарын оқыды. 1900 жылы Кембридж университетінің Король колледжіне қабылданды, онда физиканы, басқалармен қатар, Ж. Дж. Томсон оқыды және 1903 жылы үздік дипломмен бітірді. 47 жасында ол Лондон университетінен математикалық психология ғылымдарының докторы дәрежесін алды.
Lewis Fry Richardson was the youngest of seven children born to Catherine Fry (1838–1919) and David Richardson (1835–1913). They were a prosperous Quaker family, David Richardson operating a successful tanning and leather manufacturing business. At age 12 he was sent to a Quaker boarding school, Bootham School in York, where he received an education in science, which stimulated an active interest in natural history. In 1898 he went on to Durham College of Science (a college of Durham University) where he took courses in mathematical physics, chemistry, botany, and zoology. He proceeded in 1900 to King's College, Cambridge, where he was taught physics in the natural sciences tripos by (among others) J. J. Thomson and graduated with a first class degree in 1903. At age 47 he received a doctorate in mathematical psychology from the University of London.
Бейбітшілік
Ричардсонның квакерлік сенімдері оны Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде ар-ожданнан бас тартушы ретінде әскери қызметтен босатты, бірақ бұл кейіннен оны кез келген академиялық қызметке орналасудан айырды. Ричардсон 1916 жылдан 1919 жылға дейін 16-шы француздық жаяу әскер дивизиясына қарасты Достардың жедел жәрдем жасағында жұмыс істеді. Соғыстан кейін ол Метеорологиялық басқармаға қайта оралды, бірақ 1920 жылы ол Әуе министрлігімен біріктірілген кезде, өзінің сенімдеріне орай қызметтен кетуге мәжбүр болды. Содан кейін ол 1940 жылы зейнеткерлікке шыққанға дейін академиялық ортаның шетінде мансап қуды. Оның пацифизмі оның ғылыми қызығушылықтарына тікелей әсер етті. Томас Корнердің сөзіне сүйенсек, оның метеорологиялық жұмысының химиялық қару жасаушылар үшін пайдалы екенін білгеннен кейін, ол осы саладағы барлық жұмыстарын тоқтатып, жарияланбаған зерттеулерін жойды.
Richardson's Quaker beliefs entailed an ardent pacifism that exempted him from military service during World War I as a conscientious objector, though this subsequently disqualified him from having any academic post. Richardson worked from 1916 to 1919 for the Friends' Ambulance Unit attached to the 16th French Infantry Division. After the war, he rejoined the Meteorological Office but was compelled to resign on grounds of conscience when it was amalgamated into the Air Ministry in 1920. He subsequently pursued a career on the fringes of the academic world before retiring in 1940 to research his own ideas. His pacifism had direct consequences on his research interests. According to Thomas Körner, the discovery that his meteorological work was of value to chemical weapons designers caused him to abandon all his efforts in this field, and destroy findings that he had yet to publish.
Ричардсонның сандық болжауға әрекеті
Ричардсонның ең танымал жетістіктерінің бірі – бір күндегі, яғни 1910 жылдың 20 мамырындағы ауа райын тікелей есептеу арқылы болжауға жасаған ретроспективті әрекеті. Ол кезде метеорологтар ауа райының бұрынғы жазбалардағы ұқсас үлгілерін іздеп, содан кейін оларды болашаққа экстраполяциялау арқылы болжам жасаған. Ричардсон атмосфераның негізгі ерекшеліктерінің математикалық моделін қолдануға тырысты және белгілі бір уақытта (сағат 7-де) алынған деректерді пайдаланып, алты сағаттан кейінгі ауа райын бастапқы есептеулер арқылы анықтауға ұмтылды. Метеоролог Питер Линчтің айтуынша, Ричардсонның болжамы күрт сәтсіз аяқталды – ол алты сағат ішінде қысымның күрт өсуін болжады, ал шындығында қысым көтерілмей, тұрақты қалды. Дегенмен, Линчтің терең талдауы көрсеткендей, мұның себебі деректерге тегістеу әдістерін қолданбау болды, бұл физикалық жағынан мүмкін емес қысымның күрт өсуін болдырмады. Осы әдістерді қолданғанда Ричардсонның болжамы негізінен дәл екені анықталды – есептеулер қолмен жасалғанын және Ричардсон Францияның солтүстігінде квакерлік жедел жәрдем бөлімінде қызмет еткенін ескерсек, бұл керемет жетістік.
One of Richardson's most celebrated achievements is his retroactive attempt to forecast the weather during a single day—20 May 1910—by direct computation. At the time, meteorologists performed forecasts principally by looking for similar weather patterns from records, and then extrapolating forward. Richardson attempted to use a mathematical model of the principal features of the atmosphere, and use data taken at a specific time (7 AM) to calculate the weather six hours later ab initio. As meteorologist Peter Lynch makes clear, Richardson's forecast failed dramatically, predicting a huge rise in pressure over six hours when the pressure actually was more or less static. However, detailed analysis by Lynch has shown that the cause was a failure to apply smoothing techniques to the data, which rule out unphysical surges in pressure. When these are applied, Richardson's forecast is revealed to be essentially accurate—a remarkable achievement considering the calculations were done by hand, and while Richardson was serving with the Quaker ambulance unit in northern France.
Соғысты математикалық талдау
Ричардсон математикалық білімін бейбітшілік принциптерін қорғауға, әсіресе халықаралық қақтығыстардың себептерін түсінуге де қолданды. Осы себепті ол қазіргі таңда бастамашы немесе бірлескен бастамашы (Куинси Райт пен Питирим Сорокинмен қатар, Кеннет Болдинг, Анатоль Рапапорт және Адам Керл сияқты басқалармен бірге) саналады – соғыстың себептерін және бейбітшілік шарттарын жүйелі түрде зерттейтін сандық және математикалық әлеуметтік ғылымдардың салааралық тақырыбы, яғни қақтығыстарды ғылыми тұрғыдан талдаудың негізін қалаушы. Ол ауа райымен айналысқан сияқты, соғысты негізінен дифференциалдық теңдеулер мен ықтималдықтар теориясын қолдана отырып талдады. Екі елдің қарулануын ескере отырып, Ричардсон бір елдің қарулану қарқыны оның қарсыласының қару-жарағының мөлшеріне және қарсыласқа деген наразылық деңгейіне тура пропорционалды, ал өзінде бар қару-жарағының мөлшеріне кері пропорционалды болатын идеалды теңдеулер жүйесін ұсынды. Бұл теңдеулер жүйесін шешу арқылы елдер арасындағы түрлі гипотетикалық жағдайлардың сипаты мен тұрақтылығы немесе тұрақсыздығы туралы маңызды қорытындылар жасауға болады. Ол сонымен қатар екі ел арасындағы соғысқа бейімділіктің олардың ортақ шекарасының ұзындығымен байланысты екенін айтқан тұңғыш теорияның авторы. "Қорал және қауіпсіздіксіздік" (1949) және "Қайғылы жанжалдардың статистикасы" (1960) еңбектерінде ол соғыстың себептерін статистикалық тұрғыдан талдауға тырысты. Ол экономика, тіл және дін сияқты факторларды бағалады. Соңғысының кіріспесінде ол былай деп жазды: "Әлемде көптеген зерек, тапқыр саяси пікірталастар бар, бірақ олар ешқандай нақты қорытындыға әкелмейді. Менің мақсатым басқа: сандық әдістерді қолдана отырып, бірнеше ұғымды зерттеп, сенімді жауап алуға үміттенемін". "Қайғылы жанжалдардың статистикасы" еңбегінде Ричардсон 1815 жылдан 1945 жылға дейінгі барлық соғыстар туралы деректерді ұсынды. Осының нәтижесінде ол қақтығыстар үшін 10-дық логарифмдік шкаланың негізін қалады. Яғни, көптеген адамдар қаза болмайтын шағын жанжалдар, көптеген адамдарды құрбан ететін ірі жанжалдардан гөрі көп. Конфликттің масштабын алдын ала болжау мүмкін болмаса да, тіпті серияның жоғарғы шегін анықтау да мүмкін емес, олардың барлығы Пуассон таралымын құрайды. Ол Чикаго мен Шанхайдағы топтық кісі өлтірулерде де осыған ұқсас үлгіні көрсетті. Басқалар да ұқсас статистикалық үлгілердің жиі кездесетінін атап өтті, жоспарланған (лотереялар, үлкен жүлделерге қарағанда көптеген шағын жүлделер) немесе табиғи ұйымдастырылған (супермаркеттері бар үлкен қалаларға қарағанда азық-түлік дүкендері бар кіші қалалар көп).
Richardson also applied his mathematical skills in the service of his pacifist principles, in particular in understanding the basis of international conflict. For this reason, he is now considered the initiator, or co initiator (with Quincy Wright and Pitirim Sorokin as well as others such as Kenneth Boulding, Anatol Rapaport and Adam Curle), of the scientific analysis of conflict—an interdisciplinary topic of quantitative and mathematical social science dedicated to systematic investigation of the causes of war and conditions of peace. As he had done with weather, he analysed war using mainly differential equations and probability theory. Considering the armament of two nations, Richardson posited an idealised system of equations whereby the rate of a nation's armament build up is directly proportional to the amount of arms its rival has and also to the grievances felt toward the rival, and negatively proportional to the amount of arms it already has itself. Solution of this system of equations allows insightful conclusions to be made regarding the nature, and the stability or instability, of various hypothetical conditions which might obtain between nations. He also originated the theory that the propensity for war between two nations was a function of the length of their common border. And in Arms and Insecurity (1949), and Statistics of Deadly Quarrels (1960), he sought to analyse the causes of war statistically. Factors he assessed included economics, language, and religion. In the preface of the latter, he wrote: "There is in the world a great deal of brilliant, witty political discussion which leads to no settled convictions. My aim has been different: namely to examine a few notions by quantitative techniques in the hope of reaching a reliable answer." In Statistics of Deadly Quarrels Richardson presented data on virtually every war from 1815 to 1945. As a result, he hypothesized a base 10 logarithmic scale for conflicts. In other words, there are many more small fights, in which only a few people die, than large ones that kill many. While no conflict's size can be predicted beforehand—indeed, it is impossible to give an upper limit to the series—overall they do form a Poisson distribution. On a smaller scale he showed the same pattern for gang murders in Chicago and Shanghai. Others have noted that similar statistical patterns occur frequently, whether planned (lotteries, with many more small payoffs than large wins), or by natural organisation (there are more small towns with grocery stores than big cities with superstores).
Жағалау сызықтары мен шекаралар бойынша зерттеулер
Ричардсон екі елдің соғысқа бару ықтималдығы мен олардың ортақ шекарасының ұзындығы арасындағы байланысты іздеуге шешім қабылдады. Алайда, деректерді жинаған кезде ол халықаралық шекаралардың жарияланған әртүрлі ұзындықтарында елеулі айырмашылықтар бар екенін анықтады. Мысалы, Испания мен Португалия арасындағы шекара 987 немесе 1214 шақырым, ал Нидерланды мен Бельгия арасындағы шекара 380 немесе 449 шақырым деп көрсетілген. Бұл беймәлімдіктердің себебі – «жағалау парадоксы». Британияның жағалауын 200 шақырымдық сызықпен өлшеуді көздесек, сызықтың екі ұшы да жағалауға тиюі керек. Енді сызықты екіге бөліп, өлшеуді қайталаңыз, содан кейін осы әрекетті жалғастырыңыз:
Richardson decided to search for a relation between the probability of two countries going to war and the length of their common border. However, while collecting data, he found that there was considerable variation in the various published lengths of international borders. For example, that between Spain and Portugal was variously quoted as 987 or 1214 km, and that between the Netherlands and Belgium as 380 or 449 km. The reason for these inconsistencies is the "coastline paradox". Suppose the coast of Britain is measured using a 200 km ruler, specifying that both ends of the ruler must touch the coast. Now cut the ruler in half and repeat the measurement, then repeat:
Сызық неғұрлым кішкентай болса, нәтижедегі жағалау сызығы соғұрлым ұзын болады. Бұл мәндер жағалаудың нақты ұзындығын көрсететін белгілі бір санға жақындасады деп есептеуге болады. Дегенмен, Ричардсон мұның солай емес екенін көрсетті: жағалау сызықтарының және басқа да табиғи нысандардың өлшенген ұзындығы, өлшем бірлігі кішірейген сайын шексіз өседі. Бұл қазір «Ричардсон эффектісі» деп аталады. Сол кезде Ричардсонның зерттеулері ғылыми қауымдастық тарапынан назарға алынбады. Бүгінде ол фракталдарды зерттеудің қазіргі заманғы бастауының бір бөлігі саналады. Ричардсонның зерттеулерін математик Бенуа Мандельброт 1967 жылғы «Британияның жағалауы қанша ұзын?» атты мақаласында сілтеме ретінде келтірді. Ричардсон белгілі бір жағалаудың байқалатын күрделілігіндегі өзгерістерді (өлшеудің егжей-тегжейін арттыру арқылы) сипаттайтын мәнді (1 мен 2 арасында) анықтады; бұл мән фракталдық өлшем тұжырымдамасы үшін үлгі ретінде қызмет етті.
The smaller the ruler, the longer the resulting coastline. It might be supposed that these values would converge to a finite number representing the true length of the coastline. However, Richardson demonstrated that this is not the case: the measured length of coastlines, and other natural features, increases without limit as the unit of measurement is made smaller. This is known nowadays as the Richardson effect. At the time, Richardson's research was ignored by the scientific community. Today, it is considered an element of the beginning of the modern study of fractals. Richardson's research was quoted by mathematician Benoît Mandelbrot in his 1967 paper How Long Is the Coast of Britain? Richardson identified a value (between 1 and 2) that would describe the changes (with increasing measurement detail) in observed complexity for a particular coastline; this value served as a model for the concept of fractal dimension.
Мұз тауларын табуға арналған патенттер
1912 жылдың сәуірінде, "Титаник" кемесінен кейін көп ұзамай, Ричардсон ауада акустикалық эхолокация арқылы мұздықтарды анықтауға патент алды. Бір айдан соң ол судағы акустикалық эхолокацияға да ұқсас патент тіркеді, бұл Пол Лангевин мен Роберт Бойлдің 6 жылдан кейін сонарды ойлап табуына күш болжам жасады.
In April 1912, soon after the loss of the ship Titanic, Richardson registered a patent for iceberg detection using acoustic echolocation in air. A month later he registered a similar patent for acoustic echolocation in water, anticipating the invention of sonar by Paul Langevin and Robert Boyle 6 years later.
Танымал мәдениетте
Ричардсонның Уоллес Райман есімді ойдан шығарылған нұсқасы Джайлс Фоденнің "Турбуленция" романында маңызды рөл атқарады. Ричардсон Джон Бруннердің "Занзибарда тұрыңыз" атты еңбегінде еске алынады, онда "Қайғылы жанжалдардың статистикасы" соғыстардың сөзсіз болатынын көрсету үшін аргумент ретінде пайдаланылады. Ричардсонның еңбегі Поул Андерсонның "Өлетін патшалар" атты ғылыми-фантастикалық повестінде де еске алынады. Ричардсон Чарли Кауфманның 2020 жылғы "Antkind" романында айтылады. Ричардсонның "Ірі айналымдардың жылдамдығымен қоректенетін кіші айналымдары бар; кіші айналымдардың одан да кіші айналымдары бар, және т.б., тұтқырлыққа дейін" деген атақты цитатасы лирик/рэпер Лупе Фиаско орындаған "Dots & Lines" әнінде кездеседі.
A fictional version of Richardson, named Wallace Ryman, plays a pivotal role in Giles Foden's novel Turbulence. Richardson is mentioned in John Brunner's work, Stand on Zanzibar where Statistics of Deadly Quarrels is used as an argument that wars are inevitable. Richardson's work is also mentioned in Poul Anderson's speculative fiction novelette, Kings Who Die. Richardson is mentioned in Charlie Kaufman's 2020 novel Antkind. Richardson's famous quote, "Big whirls have little whirls that feed on their velocity; little whirls have lesser whirls & so on to viscosity" is mentioned in the song "Dots & Lines" written and performed by lyricist/rapper Lupe Fiasco.
Жеке өмір
1909 жылы математик және физик Уильям Гарнетттің қызы Дороти Гарнеттке (1885–1956) үйленді. Қан топтарының сәйкес келмеуіне байланысты олар бала сүю мүмкіншілігінен айырылды, бірақ 1920-1927 жылдар аралығында екі ұл мен бір қызды асырап алды. Ричардсонның туған інісі Ральф Ричардсон танымал актер атанды. Оның әйелі Доротидің үлкен ағасы (Джеймс Клерк) Максвелл Гарнеттің (C. B. E.) шөбересі Джулиан Хант 1992 жылдан 1997 жылға дейін Ұлыбритания метеорологиялық қызметінің метеорологы және бас директоры, бас атқарушы директоры болып жұмыс істеді. Осы әулеттен тағы бір шөбере – бұрынғы саясаткер Вирджиния Боттомли, қазір баронша Боттомли.
In 1909 he married Dorothy Garnett (1885–1956), daughter of the mathematician and physicist William Garnett. They were unable to have children due to an incompatibility of blood types, but they adopted two sons and a daughter between 1920 and 1927. Richardson's nephew Ralph Richardson became a noted actor. His great nephew (through his wife Dorothy's eldest brother, (James Clerk) Maxwell Garnett, C. B. E.), Julian Hunt, went on to become a meteorologist and director general and chief executive of the British Meteorological Office from 1992 to 1997. A great niece – of the same line of descent – is the former politician Virginia Bottomley, now Baroness Bottomley.